CN111594275A - 具有气流管理组件的涡轮机 - Google Patents

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Abstract

一种燃气涡轮发动机，包括压缩机和涡轮；多个转子叶片，多个转子叶片定位在压缩机或涡轮中，并且沿着轴向方向被布置成多级；外鼓，外鼓至少部分地定位在多个转子叶片的径向外侧，并且能够与多个转子叶片一起旋转；和壳体，壳体在外鼓上延伸，并且与外鼓一起限定多个气腔，多个气腔沿着轴向方向被布置成串联气流连通。

Description

具有气流管理组件的涡轮机
技术领域
本主题大体上涉及涡轮机，并且更具体地，涉及具有用于接收例如高压气流泄漏的气流管理组件的涡轮机。
背景技术
燃气涡轮发动机大体上包括在燃烧区段下游的涡轮区段，涡轮区段能够随着压缩机区段旋转，以旋转和操作燃气涡轮发动机来产生动力，例如推进力。某些燃气涡轮发动机进一步包括风扇，该风扇由涡轮区段内的涡轮驱动，例如由涡轮区段的低压涡轮驱动。
此外，至少某些燃气涡轮发动机在压缩机区段的压缩机或涡轮区段的涡轮中的至少一个中包括多个反向旋转的转子叶片。利用具有反向旋转的转子叶片的这些压缩机和涡轮中的至少一些，气流泄漏可能比期望的更多。当通过压缩机或涡轮的气流泄漏时，压缩机或涡轮的效率可能降低。
在具有反向旋转的转子叶片的某些压缩机或涡轮中，可以提供密封件以密封泄漏气流。例如，利用具有反向旋转的转子叶片的压缩机，可以在下游端提供密封件以密封来自压缩机的泄漏气流。然而，该泄漏气流可能具有相对较高的压力，使得难以有效地密封并容纳这种泄漏空气。因此，具有用于更好地处理来自具有反向旋转的转子叶片的压缩机或涡轮的泄漏气流(或其他高压气流)的一个或多个特征的涡轮机将是有用的。
发明内容
本发明的各方面和优点将部分地在以下描述中阐述，或者可以从该描述中显而易见，或者可以通过实践本发明而获知。
在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种燃气涡轮发动机，该燃气涡轮发动机限定轴向方向、径向方向和周向方向。该燃气涡轮发动机包括：压缩机和涡轮；多个转子叶片，多个转子叶片定位在压缩机或涡轮中，并且沿着轴向方向被布置成多级；外鼓，外鼓至少部分地定位在多个转子叶片的径向外侧，并且能够与多个转子叶片一起旋转；和壳体，壳体在外鼓上延伸，并且与外鼓一起限定多个气腔，多个气腔沿着轴向方向串联气流连通地布置。
在某些示例性实施例中，每个气腔限定在燃气涡轮发动机的操作期间比紧接上游气腔的压力小的压力。
在某些示例性实施例中，压缩机和涡轮一起至少部分地限定核心气流路径，并且其中多个气腔中的一个或多个气腔通过外鼓与核心气流路径气流连通。
在某些示例性实施例中，压缩机和涡轮一起至少部分地限定核心气流路径，并且其中多个气腔中的每个气腔通过外鼓与核心气流路径气流连通。
例如，在某些示例性实施例中，多个气腔中的每个气腔限定在燃气涡轮发动机在操作条件下的操作期间的腔压力，并且其中多个气腔中的每个气腔在限定燃气涡轮发动机在操作条件下的操作期间的流动路径压力的位置处与核心气流路径气流连通，流动路径压力小于相应的气腔的最大腔压力。
在某些示例性实施例中，外鼓和壳体一起形成多个气流密封件，其中多个气流密封件中的每个气流密封件定位在多个气腔中的相邻气腔之间。
例如，在某些示例性实施例中，每个气流密封件包括多个迷宫式密封件和对应的密封带，多个迷宫式密封件联接至外鼓或与外鼓一起形成，对应的密封带联接至壳体或与壳体一起形成。
例如，在某些示例性实施例中，多个气流密封件中的每个气流密封件限定大于1:1且小于4:1的压力比。
例如，在某些示例性实施例中，多个转子叶片定位在压缩机内，并且其中压缩机限定至少约2:1且多达约20:1的压缩机压力比。
例如，在某些示例性实施例中，压缩机和涡轮一起至少部分地限定核心气流路径，其中多个气腔中的每个气腔通过外鼓与核心气流路径气流连通，其中每个气腔限定从气腔通过多个气流密封件中的气流密封件的第一气流泄漏，其中每个气腔进一步限定从气腔通过外鼓到核心气流路径的第二气流泄漏，其中每个腔进一步限定在燃气涡轮发动机的操作期间，第一气流泄漏与第二气流泄漏的比率在约10:90与90:10之间。
在某些示例性实施例中，多个转子叶片定位在压缩机内，其中多个气腔包括最上游气腔，并且其中最上游气腔与压缩机气流连通，用于接收压缩机排出压力气流。
例如，在某些示例性实施例中，燃气涡轮发动机进一步包括热交换器，热交换器与最上游气腔、压缩机排出压力气流或两者热连通，用于降低最上游气腔内或至最上游气腔的气流的温度。
在某些示例性实施例中，多个转子叶片沿着轴向方向被布置成至少两级转子叶片，并且其中多个气腔包括至少两个气腔。
在某些示例性实施例中，燃气涡轮发动机进一步包括放气组件，放气组件与多个气腔中的气腔气流连通，用于接收来自气腔的放气气流。
在某些示例性实施例中，多个转子叶片是多个第一速度转子叶片，并且其中燃气涡轮发动机进一步包括多个第二速度转子叶片，并且其中多个第一速度转子叶片与多个第二速度转子叶片交替地间隔开。
在某些示例性实施例中，多个转子叶片限定径向外端，并且其中多级中的每级的多个转子叶片在其相应的径向外端处联接。
在某些示例性实施例中，多个转子叶片定位在涡轮内，其中多个气腔包括最上游气腔，并且其中燃气涡轮发动机包括与最上游气腔和压缩机气流连通的放气回路，并且其中放气回路包括单向阀。
在本公开的示例性实施例中，提供一种用于燃气涡轮发动机的气流管理组件，燃气涡轮发动机包括压缩机、涡轮和多个转子叶片，多个转子叶片定位在压缩机或涡轮中并且被布置成多级。燃气涡轮发动机进一步限定轴向方向、径向方向和周向方向。气流管理组件包括：外鼓，外鼓被构造成绕着多个转子叶片定位并且能够与多个转子叶片一起旋转；和壳体，壳体在外鼓上延伸并且与外鼓一起限定多个气腔，多个气腔沿着轴向方向串联气流连通地布置。
在某些示例性实施例中，鼓限定多个开口，其中每个开口与多个气腔中的一个气腔气流连通。
在某些示例性实施例中，外鼓和壳体一起形成多个气流密封件，其中多个气流密封件中的每个气流密封件定位在多个气腔中的相邻气腔之间。
参考以下描述和所附权利要求书，本发明的这些以及其他特征、方面和优点将变得更加容易理解。结合在本说明书中并且构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与说明书一起，用于解释本发明的原理。
附图说明
在参考附图的说明书中，针对本领域普通技术人员，阐述了本发明包括其最佳模式的完整且能够实现的公开。其中：
图1是结合本公开的示例性方面的示例性燃气涡轮发动机的示意性横截面视图；
图2是图1的示例性燃气涡轮发动机的涡轮区段的特写的示意性横截面视图；
图3是描绘根据本公开的示例性实施例的涡轮区段的涡轮的示例性叶片桨距角的横截面视图；
图4是图1的示例性燃气涡轮发动机的压缩机区段的特写的示意性横截面视图；
图5是图1的示例性燃气涡轮发动机的压缩机区段的高压压缩机的特写的示意性横截面视图；
图6是图5的高压压缩机的另一特写的示意性横截面视图；
图7是图5的高压压缩机的下游端的特写的示意性横截面视图；和
图8是根据本公开的示例性实施例的低压涡轮的特写的示意性截面图。
在本说明书和附图中重复使用参考字符旨在表示本发明的相同或类似的特征或元件。
具体实施方式
现在将详细地参考本发明的实施例，本发明的实施例的一个或多个实例在附图中示出。详细描述使用数字和字母标记来指代附图中的特征。附图和描述中的相同或类似的标记已用于指代本发明的相同或相似的零件。
如本文所使用的，术语“第一”、“第二”和“第三”可以互换使用，以使一个部件或特征区别于另一个部件或特征，并且不旨在表示各个部件或特征的位置、重要性或大小。
术语“前向”和“后向”是指燃气涡轮发动机或运载器内的相对位置，并且是指燃气涡轮发动机或运载器的正常操作姿态。例如，对于燃气涡轮发动机，前向是指更靠近发动机入口的位置，以及后向是指更靠近发动机喷嘴或排气管的位置。
术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体从其流动的方向，以及“下游”是指流体向其流动的方向。
除非本文另有规定，否则术语“联接”、“固定”，“附接到”等是指两者直接联接、固定或附接，以及通过一个或多个中间部件或特征来间接联接、固定或附接。
除非上下文另有明确指出，否则单数形式“一”、“一种”和“该”包括复数参考。
本文在整个说明书和权利要求书中所使用的近似语言被应用于修饰任何可允许变化而不会导致与其相关的基本功能的变化的定量表示。因此，由例如“大约”、“近似”和“基本上”的一个或多个术语修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度，或者用于构造或制造部件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可以指的是在10％的裕度内。
在这里以及整个说明书和权利要求书中，范围限制被组合和互换，除非上下文或语言另有指出，否则这些范围被识别并且包括其中包含的所有子范围。例如，本文公开的所有范围包括端点，并且端点能够彼此独立地组合。
本公开大体上涉及一种燃气涡轮发动机，例如涡轮风扇发动机，其具有压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段以及气流管理系统。气流管理系统接收高压气流，例如来自压缩机区段、燃烧区段和/或涡轮区段之一的气流泄漏。更具体地，燃气涡轮发动机可以进一步包括多个转子叶片、外鼓和壳体，多个转子叶片定位在压缩机区段的压缩机或涡轮区段的涡轮中，外鼓定位在多个转子叶片的径向外侧并且能够与多个转子叶片一起旋转，壳体在外鼓上延伸。壳体和外鼓可以一起限定多个气腔，多个气腔沿燃气涡轮发动机的轴向方向以串联气流连通的方式布置。
在某些示例性实施例中，壳体和外鼓可以进一步形成多个气密封件，每个气密封件定位在相邻气腔之间，以允许多个气腔内的压力顺序地且逐渐地减少。以这种方式，由最上游的气腔接收到的相对高压的气流可以通过串联布置并由相应的多个气密封件分开的多个气腔来有效地管理。因此，这可以允许一系列相对低压力比的密封件来有效地容纳和管理相对高压的气流。
此外，在某些示例性实施例中，鼓可以允许一个或多个气腔将来自这种气腔的空气“泄漏”到核心气流路径(例如，压缩机或涡轮)中。例如，外鼓可以包括与气腔和核心气流路径都气流连通的一个或多个开口。以这种方式，由最上游的气腔接收到的相对高压的气流内的能量可以部分地由气流管理系统回收。
现在参考附图，其中在所有附图中，同一数字表示相同元件，图1是根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意性横截面视图。更特别地，对于图1的实施例，燃气涡轮发动机是高旁通涡轮风扇喷气发动机10，在本文中被称为“涡轮风扇发动机10”。如图1所示，涡轮风扇发动机10限定了轴向方向A(平行于供参考的纵向中心线12延伸)、径向方向R和周向方向C(即，围绕轴向方向A延伸的方向；参见图3)。大体上，涡轮风扇10包括风扇区段14和布置在风扇区段14下游的涡轮机16。
所示的示例性涡轮机16大体上包括限定环形入口20的大致管状外壳18。尽管在图1中仅示出了外壳18的一部分，但通常应理解的是，外壳18以串联流动关系包围包括压缩机的压缩机区段，包括燃烧器的燃烧区段22，以及包括涡轮的涡轮区段。更具体地，对于所示的实施例，压缩机区段包括低压(LP)压缩机24和高压(HP)压缩机26，其中HP压缩机26位于LP压缩机24的下游；以及涡轮区段包括高压(HP)涡轮28和低压(LP)涡轮30，其中LP涡轮30位于HP涡轮28的下游。压缩机区段、燃烧区段22和涡轮区段共同限定了从环形入口20延伸通过LP压缩机24、HP压缩机26、燃烧区段22、HP涡轮28和LP涡轮30的核心气流路径32。
如下面将更详细地解释的，所示的示例性涡轮风扇发动机10是三速涡轮风扇发动机。例如，在涡轮区段和压缩机区段内的一个或多个涡轮和压缩机分别包括：以第一速度旋转的转子叶片，该第一速度大体上可以是中速；以第二速度旋转的转子叶片，该第二速度大体上可以是低速；以及以第三速度旋转的转子叶片，该第三速度大体上可以是高速。这样，应当理解的是，所示的示例性涡轮风扇发动机大体上还包括第一线轴或中速线轴34，第二线轴或低速线轴36，以及第三线轴或高速线轴38。
将理解的是，如本文所使用的，术语“高压”和“低压”通常是相对术语，并且不指代或不需要任何特定的压力或压力比。类似地，将理解的是，如本文所使用的，术语“高速”、“低速”和“中速”也通常是相对术语，并且不指代或不需要任何特定的旋转速度。
仍然参考图1，对于所示的实施例，风扇区段14包括具有多个风扇叶片42的风扇，该多个风扇叶片42以间隔开的方式联接至盘44。如所示的，风扇叶片42大体上沿着径向方向R从盘44向外延伸。风扇叶片42和盘44能够绕纵向轴线12一起旋转。如下面将更详细说明的，对于所示实施例，风扇叶片42和盘44能够通过低速线轴36和中速线轴34绕纵向轴线12一起旋转。
另外，盘44通过能够旋转的旋转锥体46被覆盖，旋转锥体46被空气动力学地成形为促进气流通过多个风扇叶片42。示例性风扇区段14包括环形风扇壳体或外机舱48，其周向围绕风扇40和/或至少一部分涡轮机16。机舱48通过多个周向间隔开的出口导向轮叶50相对于涡轮机16被支撑。此外，机舱48的下游区段52在涡轮机16的外部上延伸，以便在它们之间限定旁路气流通道54。
在涡轮风扇发动机10的操作期间，一定量的空气56通过机舱48和/或风扇区段14的相关入口进入涡轮风扇10。当一定量的空气56穿过风扇叶片42时，如箭头58所示的空气56的第一部分被引导或导向到旁路气流通道54中，并且如箭头60所示的空气56的第二部分被引导或导向到涡轮机16中。空气的第一部分58与空气的第二部分60之间的比率通常称为旁通比。然后，在空气的第二部分60被导向通过LP压缩机24和HP压缩机26并且进入燃烧区段22时，空气的第二部分60的压力增加，空气的第二部分60在燃烧区段22处与燃料混合并燃烧，以通过涡轮区段提供燃烧气体。压缩机区段的操作将在下面参考例如图4更详细地讨论。
仍然参考图1，并且现在还参考图2，图2提供了图1的示例性涡轮风扇发动机10的涡轮区段的特写视图，HP涡轮28包括多个高速HP涡轮转子叶片62。更具体地，对于所示的实施例，HP涡轮28是单级涡轮，包括单级高速HP涡轮转子叶片62。多个高速HP涡轮转子叶片62中的每个高速HP涡轮转子叶片被联接至转子盘64，转子盘64又联接至高速线轴38。以这种方式，将理解的是，多个高速HP涡轮转子叶片62可以在操作期间从来自燃烧区段22的燃烧气体中提取能量，并且将这种能量传递给高速线轴38，使得高速线轴38能够通过HP涡轮28的高速HP涡轮转子叶片62而旋转，并且可以驱动压缩机区段内的操作，如下面所讨论的。
然后，燃烧气体被导向通过LP涡轮30，热能和动能的第二部分在LP涡轮30处经由LP涡轮转子叶片的连续级从燃烧气体中被提取。值得注意的是，对于所示的实施例，LP涡轮30包括多个第一速度LP涡轮转子叶片和多个第二速度LP涡轮转子叶片。LP涡轮的多个第一速度涡轮转子叶片被构造成在与多个第二速度LP涡轮转子叶片相反的周向方向上旋转。更具体地，对于所示的实施例，多个第一速度LP涡轮转子叶片是多个中速LP涡轮转子叶片66，并且多个第二速度LP涡轮转子叶片是多个低速LP涡轮转子叶片68。这样，多个中速LP涡轮转子叶片66可以联接至中速线轴34，使得中速线轴34能够通过多个中速LP涡轮转子叶片66而旋转。类似地，多个低速LP涡轮转子叶片68联接至低速线轴36，使得低速线轴36能够通过多个低速LP涡轮转子叶片68而旋转。
更具体地，简要地参考图3，大体上提供多个中速LP涡轮转子叶片66和低速LP涡轮转子叶片68的取向。更具体地，图3的实施例大体上还示出了多个中速LP涡轮转子叶片66的第一级和多个低速LP涡轮转子叶片68的第一级。在所示的实施例中，中速LP涡轮转子叶片66被构造成在第一周向方向C1上旋转，而低速LP涡轮转子叶片68被构造成在第二周向方向C2上旋转。应当理解的是，如本文所使用和描述的第一周向方向C1和第二周向方向C2旨在表示相对于彼此的方向。因此，第一周向方向C1可以指顺时针旋转(从下游看上游来观察)，第二周向方向C2可以指逆时针旋转(从下游看上游来观察)。可替代地，第一周向方向C1可以指逆时针旋转(从下游看上游来观察)，第二周向方向C2可以指顺时针旋转(从下游看上游来观察)。
仍然参考图3，对于所示的实施例，将进一步理解的是，中速LP涡轮转子叶片66的每个涡轮转子叶片包括翼型件70，并且类似地，低速LP涡轮转子叶片68的每个涡轮转子叶片包括翼型件72。每个翼型件70限定出射角74，并且类似地，每个翼型件72限定出射角76。翼型件70、72各自的出射角74、76以及这些翼型件70、72各自的压力侧和吸力侧(未标示)，和涡轮风扇发动机10的其他特征，可能会使得中速LP涡轮转子叶片66和低速LP涡轮转子叶片68各自在第一和第二周向方向C1、C2上旋转。然而，将理解的是，在其他实施例中，翼型件70、72可以具有任何其他合适的构造。
现在回到参考图1和图2，将进一步理解的是，多个中速LP涡轮转子叶片66和多个低速LP涡轮转子叶片68沿着涡轮风扇发动机10的轴向方向A交替地间隔开。如本文中使用的，术语“沿着轴向方向A交替地间隔开”是指多个中速LP涡轮转子叶片66包括沿轴向方向A定位在多个低速LP涡轮转子叶片68的两个轴向间隔开的涡轮转子叶片之间的至少一个涡轮转子叶片。例如，对于所示的实施例，多个中速LP涡轮转子叶片66包括三个连续级的中速LP涡轮转子叶片66，并且类似地，多个低速LP涡轮转子叶片68包括三个连续级的低速LP涡轮转子叶片68。第一级中速LP涡轮转子叶片66A定位在多个低速LP涡轮转子叶片68的前方，第二级中速LP涡轮转子叶片66B沿着轴向方向A定位在第一级低速LP涡轮转子叶片68A和第二级低速LP涡轮转子叶片68B之间，以及第三级中速LP涡轮转子叶片66C沿着轴向方向A定位在第二级低速LP涡轮转子叶片68B和第三级低速LP涡轮转子叶片68C之间。然而，将理解的是，在其他示例性实施例中，中速LP涡轮转子叶片66和低速LP涡轮转子叶片68可以以任何其他合适的交替间隔开的方式布置，并且包括任何合适数量的级的涡轮转子叶片。
此外，对于所示的实施例，多级中速LP涡轮转子叶片66中的每一级中速LP涡轮转子叶片联接至第一LP涡轮连接组件78，并且多级低速LP涡轮转子叶片68中的每一级低速LP涡轮转子叶片联接至第二LP涡轮连接组件80。多个中速LP涡轮转子叶片66中的每个中速LP涡轮转子叶片在其各自的径向内端处联接至第一LP涡轮连接组件78，并且类似地，多个低速LP涡轮转子叶片68中的每个低速LP涡轮转子叶片在其各自的径向外端处联接至第二LP涡轮连接组件80。更具体地，对于所示的实施例，第一LP涡轮机连接组件78包括内鼓82和至少一个转子盘84，其中LP涡轮30的多个中速转子叶片中的每个中速转子叶片在各自的径向内端处联接至内鼓82，并且内鼓联接至至少一个转子盘84。类似地，第二LP涡轮连接组件80包括外鼓86和至少一个转子盘88，其中多个低速LP涡轮转子叶片68中的每个低速LP涡轮转子叶片在其各自的径向外端处联接至外鼓86，并且外鼓86联接至至少一个转子盘88(对于所示的实施例，通过第三级的第三级低速LP涡轮转子叶片68C)。
然而，将理解的是，LP涡轮30的安装/联接构造仅通过实例的方式提供。在其他示例性实施例中，第一LP涡轮连接组件78和/或第二LP涡轮连接组件80可以具有任何其他合适的构造。例如，在其他实施例中，第一LP涡轮连接组件78和第二LP涡轮连接组件80中的一个或两个可以包括任何其他合适数量的转子盘、叶盘(blisk)、鼓等，并且可以在其各自的内端或外端处联接至相邻的级。
现在仍然参考图1，并且现在还参考图4，将更详细地描述示例性涡轮风扇发动机10的压缩机区段和风扇区段14的操作。
如所指出的，压缩机区段包括LP压缩机24和HP压缩机26。另外，涡轮机16包括齿轮箱104。首先具体参考LP压缩机24，LP压缩机24大体上包括多个第一速度LP压缩机转子叶片和多个第二速度LP压缩机转子叶片。对于所示的实施例，多个第一速度LP压缩机转子叶片是多个中速LP压缩机转子叶片106，并且对于所示的实施例，多个第二速度LP压缩机转子叶片是多个低速LP压缩机转子叶片108。中速线轴34联接至多个中速LP压缩机转子叶片106，用于在第一方向上驱动多个中速LP压缩机转子叶片106。中速线轴34进一步越过齿轮箱104联接至多个低速LP压缩机转子叶片108，用于在第二方向上驱动多个低速LP压缩机转子叶片108，第二方向与第一方向相反。以这种方式，LP压缩机24也可以被称为反向旋转的LP压缩机，例如，具有以与图3所示的中速和低速LP涡轮转子叶片66、68类似的方式构造的多个中速LP压缩机转子叶片106和多个低速LP压缩机转子叶片108。例如，第一方向可以与以上参考图3讨论的第一周向方向C1相同，并且类似地，第二方向可以与以上参考图3讨论的第二周向方向C2相同。
与反向旋转的LP涡轮30一样，多个中速LP压缩机转子叶片106和低速LP压缩机转子叶片108沿着轴向方向A交替地间隔开。另外，对于所示的实施例，LP压缩机24包括第一LP压缩机连接组件110和第二LP压缩机连接组件112，第一LP压缩机连接组件110用于联接多个中速LP压缩机转子叶片106中的每个中速LP压缩机转子叶片，第二LP压缩机连接组件112用于联接多个低速LP压缩机转子叶片108中的每个低速LP压缩机转子叶片。第一LP压缩机连接组件110大体上包括内鼓114，其中多个中速LP压缩机转子叶片106中的每个中速LP压缩机转子叶片在其各自的径向内端处联接至内鼓114，并且类似地，第二LP压缩机连接组件112大体上包括外鼓116，其中多个低速LP压缩机转子叶片108中的每个低速LP压缩机转子叶片在其各自的径向外端处联接至外鼓116。
更具体地，第一LP压缩机连接组件110进一步包括在内鼓82和中速线轴34之间延伸的中速连接构件118，并且第二LP压缩机连接组件112进一步包括前向低速连接构件120和后向低速连接构件122。此外，将理解的是，涡轮风扇发动机10进一步包括框架组件124，框架组件124包括在LP压缩机24的下游和HP压缩机26的上游的位置处延伸通过核心气流路径32的支柱126(或者沿着周向方向间隔开的多个支柱126)。框架组件124进一步包括联接至支柱126并向前延伸的框架构件128。对于所示的实施例，并且如将在下面更详细地讨论的，框架构件128延伸通过齿轮箱104，并且被构造用于将齿轮箱104安装到框架组件124。第一LP压缩机连接组件110的中速连接构件118从中速线轴34向前延伸并围绕框架构件128延伸，以将内鼓114(和多个中速LP压缩机转子叶片108)连接至中速线轴34。
齿轮箱104大体上包括第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮。更具体地，齿轮箱104大体上被构造成行星齿轮箱，使得第一齿轮是太阳齿轮130，第二齿轮是行星齿轮132(或更确切地说，多个行星齿轮132)，以及第三齿轮是环形齿轮134。如上所述，多个低速LP压缩机转子叶片108由越过齿轮箱104的中速线轴34驱动。更具体地，中速线轴34直接旋转太阳齿轮130，并且后向低速连接构件122将多个低速LP压缩机转子叶片108联接至环形齿轮134，使得环形齿轮134直接旋转多个低速LP压缩机转子叶片108。行星齿轮132，或者更确切地说，多个行星齿轮132，通过安装到框架构件128而沿着周向方向C保持静止。(尽管未示出，但是将理解的是，框架构件128可以限定多个槽，行星齿轮132在多个槽内被定位成允许框架构件128延伸通过齿轮箱104。)以这种方式，将理解的是，齿轮箱104通过中速线轴34促进低速LP压缩机转子叶片108的旋转，同时降低了低速LP压缩机转子叶片108相对于中速线轴34的旋转速度，并且进一步使LP压缩机24转子叶片相对于中速线轴34的旋转方向反向。
此外，将理解的是，对于所示的实施例，风扇区段14的风扇40被构造成由低速线轴36和中速线轴34两者驱动，使得用于风扇40的驱动动力在这两个线轴34、36之间共享。更具体地，能够通过多个低速LP涡轮转子叶片68旋转的低速线轴36直接联接至风扇40，用于以相同的转速和相同的旋转方向驱动风扇40(例如，无任何齿轮减速)。进一步地，多个低速LP压缩机转子叶片108也联接至风扇40，用于向风扇40增加动力，使得中速线轴34还被构造用于驱动风扇40。然而，中速线轴34越过齿轮箱104和多个低速LP压缩机转子叶片108联接至风扇40。更具体地，对于所示的实施例，中速线轴34联接至最后级低速LP压缩机转子叶片108A(越过齿轮箱104的太阳齿轮、行星齿轮132和环形齿轮134，以及后向低速连接构件122)，最后级低速LP压缩机转子叶片108A联接至外鼓116，外鼓116联接至前向低速连接构件120(越过最前级低速LP压缩机转子叶片108B)，前向低速连接构件120联接至风扇40。
以这种方式，将理解的是，在操作期间，风扇40由中速线轴34和低速线轴36两者驱动。以这种方式，将理解的是，齿轮箱104可能不需要传递用于驱动风扇40所需的全部动力(与传统的齿轮式燃气涡轮发动机相比)。这样可以导致齿轮箱104上的较小的磨损，从而可以允许更小、更轻、更紧凑和更便宜的齿轮箱104。进一步地，利用交替地间隔开的LP压缩机24和/或交替地间隔开的HP压缩机26，可以允许燃气涡轮发动机的更有效的压缩机区段，这可以允许更高的整体压缩机比率和/或更紧凑的压缩机区段。这样，燃气涡轮发动机大体上可以更有效地操作。
更进一步地，由于低速线轴36正在为风扇40方向而不是通过齿轮箱提供一部分驱动动力，因此通过风扇40的低速线轴36上的一部分前向推力可以通过使通过LP涡轮30的低速线轴36上的轴向力相反来抵消。因此，这可以允许使用较少数量的推力支承件或较小的推力支承件来支撑风扇40。
现在还参考图5，将描述HP压缩机26的各方面。如图所示，HP压缩机26包括多个第一速度HP压缩机转子叶片和多个第三速度HP压缩机转子叶片。对于所示的实施例，多个第一速度HP压缩机转子叶片是多个中速HP压缩机转子叶片90，并且多个第三速度HP压缩机转子叶片是多个高速HP压缩机转子叶片92。多个中速HP压缩机转子叶片90沿着轴向方向A被布置成多级，并且多个高速HP压缩机转子叶片92类似地沿着轴向方向A被布置成多级。对于所示的实施例，多个中速HP压缩机转子叶片90沿着轴向方向A以至少五级布置，并且更具体地，沿着轴向方向A以六级布置(但是可以包括多达例如二十级以上)。类似地，对于所示的实施例，多个高速HP压缩机转子叶片92以与中速HP压缩机转子叶片90相同的级数布置。但是，在其他实施例中，中速或高速HP压缩机转子叶片90、92中的一者或两者可以以任何其他合适的级数布置。
进一步地，高速线轴38联接至多个高速HP压缩机转子叶片92，用于驱动/旋转多个高速HP压缩机转子叶片92。类似地，中速线轴34联接至多个中速HP压缩机转子叶片90，用于驱动/旋转多个中速HP压缩机转子叶片90。
类似于LP压缩机24和LP涡轮30，多个高速HP压缩机转子叶片92和多个中速HP压缩机转子叶片90沿着涡轮风扇发动机10的轴向方向A交替地间隔开，并且被构造成反向旋转。例如，多个高速HP压缩机转子叶片92和多个中速HP压缩机转子叶片90可以以与图3中所描绘的中速和低速LP涡轮转子叶片66、68类似的方式构造。
此外，对于所示的实施例，HP压缩机26包括用于联接多个高速HP压缩机转子叶片92中的每个高速HP压缩机转子叶片的第一HP压缩机连接组件94，和用于联接压缩机26的多个中速HP压缩机转子叶片90中的每个中速HP压缩机转子叶片的第二HP压缩机连接组件96。第一HP压缩机连接组件94大体上包括内鼓98，其中多个高速HP压缩机转子叶片92中的每个高速HP压缩机转子叶片在它们各自的径向内端联接至内鼓98。更具体地，如图5所示，内鼓98实际上是多个转子盘138，并且还更具体地，内鼓98由转子盘138A的前向区段140和转子盘138B的后向区段142形成，各自在中间转子盘138C处联接在一起。
还如图5所示，第二HP压缩机连接组件96与多个中速HP压缩机转子叶片90为一体。例如，特别参考图5，涡轮风扇发动机10包括具有多个级组件的转子叶片组件。更具体地，涡轮风扇发动机10包括定位在HP压缩机26内的中速HP压缩机转子叶片组件(“ISHP压缩机转子叶片组件”)150，其具有多个中速HP压缩机级组件(“ISHP级组件”)。涡轮风扇发动机10进一步包括旋转鼓构件152，或者简单的“鼓构件152”，其定位在多个中速HP压缩机转子叶片90的径向外侧，并且更具体地，沿着径向方向R定位在多个ISHP级组件的外侧。鼓构件152能够与多个ISHP级组件(和中速HP压缩机转子叶片90)一起旋转，并且如将在下面进一步说明的，相对于彼此夹住ISHP级组件，并沿着径向方向R限制它们。
例如，如上所述，中速HP压缩机转子叶片90沿着轴向方向A以六级布置。更具体地，中速HP压缩机转子叶片90布置在最前级中速HP压缩机叶片90A中，并且ISHP压缩机转子叶片组件150包括五个ISHP级组件——第一ISHP级组件154、第二ISHP级组件156、第三ISHP级组件158、第四ISHP级组件160和第五ISHP级组件162。对于所示的实施例，每个ISHP级组件154-162包括周向环形构件164和多个中速HP压缩机转子叶片90。多个中速HP压缩机转子叶片90可以被分组成ISHP转子叶片90的多个周向布置的段，以允许安装。
例如，在至少某些示例性方面，可以首先安装最前级中速HP压缩机转子叶片90A，然后可以安装多个高速HP压缩机转子叶片92(以及每个转子盘138等)，并且然后依次安装每个ISHP级组件154-162，其中每个级组件154-162的多个中速HP压缩机转子叶片90被安装在相邻级的已组装的高速HP压缩机转子叶片92之间。例如，在安装最前级中速HP压缩机转子叶片90A和高速HP压缩机转子叶片92之后，可以安装第一ISHP级组件154的环形构件164，然后安装第一ISHP级组件154的中速HP压缩机转子叶片90(其可以再次被分离成多个段，以允许它们被安装在相邻级的高速HP压缩机转子叶片92之间)。其余的ISHP级组件随后可以以类似的方式依次安装。
对于所示的实施例，每个ISHP级组件154-162的环形构件164和多个ISHP压缩机转子叶片90在附接接口166处被装配在一起，对于所示实施例，该附接接口166是舌槽附接接口。类似地，每个相邻的ISHP级组件在附接接口168处被装配到相邻的ISHP级组件，对于所示的实施例，该附接接口168也被构造为舌槽附接接口。
一旦安装了每个ISHP级组件154-162，就可以使外鼓152大体上沿着轴向方向A在多个ISHP级组件154-162上滑动，以将多个ISHP级组件154-162固定在适当的位置并且固定到最前级中速HP压缩机转子叶片90A。以这种方式，将理解的是，所示的外鼓152大体上限定环形。
更具体地，对于所示的实施例，外鼓152大体上沿着轴向方向A在第一端170和第二端172之间延伸。另外，对于所示的实施例，示为第五ISHP级组件162的最下游ISHP级组件包括限定周向凹槽176的下游端174。当安装外鼓152时，外鼓152在第二端172处包括钩部178，钩部178收容在周向凹槽176内。进一步地，外鼓152在第一端170处包括凸缘180，该凸缘180联接至最前级中速HP压缩机转子叶片90A(或者更确切地，最前级中速HP压缩机转子叶片90A的外平台184)的对应凸缘182。
这样，外鼓152可以将每个ISHP级组件彼此按压，以使大体上为摩擦配合接口的各种附接接口166、168将各种部件固定在适当的位置。另外，外鼓152可以接触ISHP级组件154-162的外表面，以沿着径向方向R限制ISHP级组件154-162。
图5中描绘的和上面描述的示例性ISHP压缩机转子叶片组件150大体上允许在完全组装(或在某些情况下，部分组装)反向旋转的压缩机或涡轮的其他速度转子叶片之后，安装反向旋转的压缩机或涡轮的多个转子叶片。此外，在本公开的至少某些示例性实施例中，示例性ISHP压缩机转子叶片组件150可以被组装为使得没有凸缘或其他类似构件联接例如上半部和下半部，从而导致能够安装在已经安装的一组转子叶片级中的基本上完全对称的压缩机或涡轮转子叶片组件。对称构造可以导致压缩机或涡轮的更期望的操作，更能够适应例如操作期间的热膨胀。
然而，将理解的是，在其他示例性实施例中，可以提供任何其他合适的ISHP压缩机转子叶片组件150，并且更具体地，可以提供任何其他合适构造的中速HP压缩机转子叶片90。例如，可以利用任何其他合适的附接方法来组装中速HP压缩机转子叶片90。例如，代替利用摩擦配合附接接口，所描绘的各种ISHP级组件154-162中的一个或多个可以利用螺栓连接。进一步地，尽管对于所示的实施例，外鼓152被构造为与ISHP级组件分离的部件，但是在其他实施例中，外鼓152可以被整合到ISHP级组件中。例如，外鼓152可以由以任何适当方式联接在一起的多个外平台，环形构件等形成。
进一步地，将理解的是，以上参考图1至图5描述的示例性涡轮风扇发动机10仅作为实例提供。在其他示例性实施例中，可以提供任何其他燃气涡轮发动机构造。例如，在某些示例性实施例中，LP压缩机24、HP涡轮28或LP涡轮30中的一个或多个可以包括类似于以上参考图5描述的ISHP压缩机转子叶片组件150的安装构造，或者替代地，可以利用任何其他合适的安装构造。另外地或替代地，尽管LP压缩机24、HP压缩机26和LP涡轮30被描绘为包括反向旋转的不同速度的转子叶片，但是在其他实施例中，可以提供其他合适的压缩机和/或涡轮(例如，LP或HP压缩机24、26可以被设置为分开的中压压缩机和低压或高压压缩机；类似地，LP涡轮30可被设置为分开的中压涡轮和低压涡轮)。类似地，尽管HP涡轮28描绘为单级HP涡轮28，但是在其他实施例中，HP涡轮28可以包括任何其他合适数量的级，也可以是反向旋转的HP涡轮28等。更进一步地，在其他实施例中，涡轮风扇发动机10可以包括任何其他合适数量或布置的压缩机、涡轮等。
将进一步理解的是，尽管涡轮风扇发动机10描绘为管式涡轮风扇发动机10，但是在其他示例性实施例中，本公开的各个方面可以被结合到任何其他合适的涡轮机16和燃气涡轮发动机中，例如，非管式涡轮风扇发动机10、涡轮螺旋桨发动机、涡轮喷气发动机、涡轮轴发动机等。更进一步地，尽管被描绘为航空燃气涡轮发动机，但在其他示例性实施例中，本公开的各方面可以被结合到任何其他合适的燃气涡轮发动机中，例如，航改燃气涡轮发动机(例如，航海燃气涡轮发动机)、工业燃气涡轮发动机等。
此外，将理解的是，在本公开的还有的其他示例性实施例中，涡轮风扇发动机10可以不包括本文所述的每个特征，和/或可替代地，可以包括本文未描述的其他特征。
现在参考图6，提供了以上参考图5所述的HP压缩机26的径向外区段的特写视图，将进一步理解的是，涡轮风扇发动机10包括在外鼓152上延伸的壳体188，壳体188相对于外鼓152是固定的。壳体188与外鼓152限定了多个气腔，多个气腔沿着HP压缩机26的长度沿着轴向方向A串联布置并且在中速和高速转子叶片90、92的径向外侧。将从下面的描述中理解的是，外鼓152、壳体188以及在其间限定的多个气腔大体上可以指的是用于HP压缩机26的气流管理组件。
例如，对于所示的实施例，多个气腔包括最上游气腔或第一气腔190，以及多个下游气腔。第一气腔190与HP压缩机26气流连通，用于接收压缩机排出压力气流(参见例如下面讨论的图7中的数字232)。例如，在所示的实施例中，将进一步理解的是，涡轮风扇发动机10包括位于HP压缩机26下游的扩散器192(也参见图5)。压缩机排出压力气流可以通过第五ISHP级组件162与最后级高速HP压缩机转子叶片92之间的接口，通过最后级高速HP压缩机转子叶片92与扩散器192之间的接口，或上述两者来被接收。然而，在其他实施例中，可以另外地或替代地从HP压缩机26的任何其他合适的接口或位置或从HP压缩机26接收压缩机排出压力气流。
仍然参考图6，多个下游气腔可以接收来自第一气腔190的气流。简而言之，对于所示的实施例，将理解的是，多个气腔包括至少两个气腔，并且多达例如20个气腔。然而，更具体地，对于所描绘的实施例，壳体188和鼓152限定至少三个气腔，并且还更具体地，限定五个气腔。因此，对于所示的实施例，除了第一气腔190之外，多个气腔还包括紧接在第一气腔190下游的第二气腔194，紧接在第二气腔194下游的第三气腔196，紧接在第三气腔196下游的第四气腔198，和紧接在第四气腔198下游的第五气腔200。
此外，对于所示的实施例，将理解的是，多个气腔190、194、196、198中的每个气腔限定在涡轮风扇发动机10的操作期间比多个气腔190、194、196、198中的紧接上游气腔的压力小的压力(即，内部压力)。因此，在涡轮风扇发动机10的操作期间，第一气腔190内的压力大于第二气腔194内的压力，第二气腔194内的压力大于第三气腔196内的压力，第三气腔196内的压力大于第四气腔198内的压力，以及第四气腔198内的压力大于第五气腔200内的压力。
至少部分地通过多个密封件促进了这种构造。更具体地，所示的示例性的外鼓152和壳体188一起形成多个气流密封件，其中多个气流密封件中的每个气流密封件定位在多个气腔190、194、196、198中的相邻气腔之间。例如，对于所描绘的实施例，多个气流密封件包括定位在第一气腔190和第二气腔192之间的第一气流密封件202，定位在第二气腔194和第三气腔196之间的第二气流密封件204，定位在第三气腔196和第四气腔198之间的第三气流密封件206，以及定位在第四气腔198和第五气腔200之间的第四气流密封件208。值得注意的是，涡轮风扇发动机10，并且更具体地，外鼓152和壳体188进一步形成定位在第五气腔200的下游端处的第五气流密封件210。多个气流密封件202-208中的每个气流密封件包括多个迷宫式密封件212和相应的密封带(seal land)214，迷宫式密封件212联接至外鼓152或与外鼓152一体形成，相应的密封带214联接至壳体188或与壳体188一起形成。然而，值得注意的是，在其他实施例中，迷宫式密封件212和密封带214可以是相反的，或可以提供任何其他合适的旋转至固定的密封件布置。
此外，多个气流密封件202-208中的每个气流密封件在涡轮风扇发动机10的操作期间限定了压力比，以促进内部压力在一系列气腔190、194、196、198内的顺序降低。进一步地，将理解的是，HP压缩机26可限定至少约2:1且多达约20:1的压缩机压力比。以这种方式，由第一气腔190接收到的压缩机排出压力空气的压力可以相对较高的。利用顺序的气腔和气流密封件的构造，可以以相对有效的方式维持相对较高的压力，而无需能够保持例如10:1以上的压力比的密封件。
因此，例如，对于所示实施例，多个气流密封件202-208中的每个气流密封件限定大于1:1且小于约4:1的压力比(即，上游压力与下游压力的比)。例如，在至少某些示例性实施例中，多个气流密封件202-208中的每个气流密封件可以限定小于约3:1的压力比，诸如小于约2:1的压力比，诸如小于约1.5:1的压力比。
此外，示例性涡轮风扇发动机10被构造成补偿(recoup)由第一气腔190接收到的压缩机排出压力气流内的至少一些能量。更具体地，多个气腔190、194、196、198中的一个或多个气腔通过外鼓152与核心气流路径32气流连通。还更具体地，对于所示的实施例，多个气腔190、194、196、198中的每个气腔通过外鼓152与核心气流路径32气流连通。例如，对于所示的实施例，外鼓152包括延伸通过其中的多个开口，其中多个开口包括与第一气腔190和核心气流路径32气流连通的第一开口216，与第二气腔194和核心气流路径32气流连通的第二开口218，与第三气腔196和核心气流路径32气流连通的第三开口220，与第四气腔198和核心气流路径32气流连通的第四开口222，以及与第五气腔200和核心气流路径32气流连通的第五开口224。值得注意的是，尽管示出了单个开口延伸通过外鼓152并且与相应的气腔和核心气流路径32气流连通，但是每个开口216、218、220、222、224可以替代地是多个开口，该多个开口例如在相应的气腔内沿着轴向方向A间隔开，在相应的气腔内沿着周向方向C间隔开，或两者兼有。此外，对于所示的实施例，每个开口216、218、220、222、224进一步延伸通过位于外鼓152的径向内侧的相应的环形构件164。
此外，将理解的是，多个气流密封件202-208被构造成确保相应的气腔190、194、196、198中的每个气腔内的压力足够高，以允许气腔190、194、196、198内的气流通过外鼓152中的相应开口流动到核心气流路径32。这样，并且如上所述，将理解的是，多个气腔190、194、196、198中的每个腔限定当燃气涡轮发动机处于操作条件时的腔压力。进一步地，多个气腔190、194、196、198中的每个气腔通过外鼓152在限定了当燃气涡轮发动机处于相同操作条件时的流动路径压力的核心气流路径32内的位置处，与核心气流路径32气流连通，流动路径压力小于相应的气腔的腔压力。操作条件可以是巡航操作条件，最大操作条件等。例如，当操作条件是最大操作条件时(即，涡轮风扇发动机10以额定速度操作时)，腔压力可以是最大腔压力(即，在涡轮风扇发动机10以额定速度操作期间相应的气腔内的压力)，并且流动路径压力可以是最大流动路径压力(即，在涡轮风扇发动机10以额定速度操作期间在核心气流路径32内的位置处的压力)。
例如，在第五ISHP级组件162的中速HP压缩机转子叶片90的上游和第四ISHP级组件160的中速HP压缩机转子叶片90的下游的位置处，第一气腔190通过外鼓152中的第一开口216与核心气流路径32气流连通。这样，第一气腔190内的最大腔压力可以大于核心气流路径32在这个位置处的最大流动路径压力。
类似地，在第四ISHP级组件160的中速HP压缩机转子叶片90的上游和第三ISHP级组件158的中速HP压缩机转子叶片90的下游的位置处，第二气腔194通过外鼓152中的第二开口218与核心气流路径32气流连通。这样，第二气腔194内的最大腔压力可以大于核心气流路径32在这个位置处的最大流动路径压力。
在第三ISHP级组件158的中速HP压缩机转子叶片90上游和第二ISHP级组件156的中速HP压缩机转子叶片90的下游的位置处，第三气腔196通过外鼓152中的第三开口220与核心气流路径32气流连通。这样，第三气腔196内的最大腔压力可以大于核心气流路径32在这个位置处的最大流动路径压力。
在第二ISHP级组件156的中速HP压缩机转子叶片90上游和第一ISHP级组件154的中速HP压缩机转子叶片90的下游的位置处，第四气腔198通过外鼓152中的第四开口222与核心气流路径32气流连通。这样，第四腔内的核心气流路径32的最大腔压力可以大于在该位置处的最大流动路径压力。
另外，在第一ISHP级组件154的中速HP压缩机转子叶片90上游和最前中速HP压缩机转子叶片90A的下游的位置处，第五气腔200通过外鼓152中的第五开口224与核心气流路径32气流连通。这样，腔内的最大腔压力可以大于核心气流路径32在这个位置处的最大流动路径压力。
进一步地，仍然参考图6，并且现在还参考图7，提供了第一和第二气腔190、192和第一气流密封件202的特写视图，将理解的是，涡轮风扇发动机10限定每个气腔的气流泄漏率。更具体地，参考第一气腔190，涡轮风扇发动机10限定从第一气腔190通过第一气流密封件202到第二气腔194的第一气流泄漏率(如箭头226所示)。涡轮风扇发动机10进一步限定从第一气腔190通过外鼓152(例如通过外鼓152的第一开口216)到核心气流路径32的第二气流泄漏率(由箭头228所示)。第一气腔190的气流泄漏率是第一气流泄漏率与第二气流泄漏率之比。在涡轮风扇发动机10的操作期间(例如以额定速度)，第一气腔190的气流泄漏率可以在大约5:95与大约95:5之间。例如，在至少某些示例性方面，第一气腔190的气流泄漏率可以在大约10:90与大约90:10之间，或在大约25:75与大约75:25之间。
此外，将理解的是，其他气腔194、196、198、200中的每个气腔也可以限定与第一气腔190的气流泄漏率类似的气流泄漏率(即，其相应的下游密封件的泄漏率和通过外鼓152的相应区段的开口的泄漏率的比率)。
简要地，仍然参考图7，将理解的是，在至少某些示例性方面，所示的示例性涡轮风扇发动机10进一步包括与第一气腔190热连通的热交换器230，压缩机排出压力气流232，或两者。热交换器230可以降低在第一气腔190内或到第一气腔190的气流的温度。热交换器230可以是用于从第一气腔190内或到第一气腔190的气流中提取热量的任何合适的热交换器230。例如，热交换器230可以是与例如涡轮风扇发动机10的旁通通道54、发动机内的冷却气流等气流连通的空气-空气热交换器。替代地，热交换器230可以是与例如涡轮风扇发动机10的润滑油系统、涡轮风扇发动机10的热传递总线等流体连通的液体-空气热交换器。进一步地，将理解的是，尽管在图7的实施例中，热交换器230定位在第一气腔190内，但是在其他实施例中，热交换器230可以位于任何合适的位置，例如在第一气腔190和/或涡轮机16的外部。例如，热交换器230可以替代地定位在发动机的旁路气流通道中(例如，参见图1中的通道54)。在这种实施例中，到第一气腔190的空气源可以被导向到这种热交换器230并且返回到第一气腔190。这种气流的控制可以主动地控制(例如，基于一个或多个燃气涡轮发动机操作状态)或被动控制(例如，基于排出压力等)。
进一步地，现在回到图5，将理解的是，在至少某些示例性实施例中，例如所示的示例性实施例中，涡轮风扇发动机10进一步包括与多个气腔190、194、196、198中的一个气腔的气流连通的放气(bleed)组件234，用于接收来自这种气腔的放气气流。更具体地，对于所示的实施例，放气组件234与第二气腔194气流连通，以接收来自第二气腔194的放气气流236。然而，在其他实施例中，放气组件234可以与多个气腔190、194、196、198中的任何其他合适的气腔气流连通，并且可以进一步与多个气腔190、194、196、198中的两个以上的气腔气流连通。放气气流236可以用作例如用户放气、涡轮放气等。
利用以这种方式构造的燃气涡轮发动机可以允许燃气涡轮发动机捕获来自例如燃气涡轮发动机的压缩机区段的压缩机的气流泄漏，并且有效地容纳这种气流并将这种气流重新引入燃气涡轮发动机，用于增加燃气涡轮发动机的效率。
然而，将理解的是，包括多个腔、密封件等的示例性气流管理组件仅作为实例提供。在其他示例性实施例中，气流管理组件可以具有任何其他合适数量的腔、密封件等。进一步地，在其他实施例中，这些腔可以具有任何其他合适的尺寸，可以跨越转子叶片的多个级，它们在每级转子叶片包括多个腔等。
进一步地，将理解的是，尽管在压缩机区段的HP压缩机26内示出了示例性气流管理组件，但是在其他实施例中，本公开的各方面可被结合到压缩机区段的任何其他合适的压缩机中。此外，现在简要地参考图8，将理解的是，在还有的其他示例性实施例中，本公开的各方面可以结合到燃气涡轮发动机的涡轮区段内的涡轮中。
图8大体上示出了包括气流管理组件的根据本公开的示例性方面的LP涡轮30。图8的LP涡轮30的气流管理组件可以以与以上参考图5至图7讨论的HP压缩机26的示例性气流管理组件类似的方式构造。例如，所示的LP涡轮30的示例性气流管理组件包括沿着轴向方向A被布置成多级的多个第一速度LP涡轮转子叶片240。外鼓242(可以类似于外鼓152)包围多个第一速度LP涡轮转子叶片240。外壳244围绕外鼓242并且与外鼓242一起限定多个气腔。另外，外鼓242和外壳244一起形成定位在多个气腔中的相邻气腔之间的多个气流密封件245。对于所示的实施例，多个气腔包括第一气腔246、第二气腔248、第三气腔250和第四气腔252。多个气腔246-252中的每个气腔限定在涡轮风扇发动机10的操作期间比多个气腔246-252中的紧接上游气腔的压力小的压力。另外，图8的多个气腔246-252中的第一气腔246和后续气腔可以接收来自例如涡轮风扇发动机10的压缩机区段的压缩机放气气流。例如，第一气腔246可以接收来自HP压缩机26的压缩机放气气流。通过图8的多个气腔246-252的放气可以以与上述类似的方式重新引入到核心气流路径32中(例如，通过外鼓242中的多个开口254)。压缩机放气可以通过一个或多个放气回路256来被提供，放气回路256可以包括诸如止回阀的单向阀258，以防止或减小在不利的密封件开/关等情况下的任何回流的可能性。
将进一步理解的是，在至少某些示例性实施例中，本文讨论的气流管理组件可以另外地或替代地结合到例如HP涡轮机、中压涡轮等中。此外，气流管理组件可以接收来自任何其他合适的源，例如外部源，例如涡轮区段等的高压气流。在这种示例性实施例中，气流管理组件可以进一步包括另外的热交换器，以降低这种气流的温度。
本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使任何本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及执行任何结合的方法。本发明的可专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他实例。如果这些其他实例包括与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差别的等效结构元件，则这些其他实例意图在权利要求的范围内。此外，本文所述的和附图中所示的部件是一个实施例，并且在其他实施例中，可以包括有其他合适的部件。这样，应该理解的是，除非明确地公开，否则本文所述的和附图中所描绘的部件组都没有不可分割的联系。
本发明的进一步方面由以下条项的主题提供：
1.一种燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机限定轴向方向、径向方向和周向方向，所述燃气涡轮发动机包括：压缩机和涡轮；多个转子叶片，所述多个转子叶片定位在所述压缩机或所述涡轮中，并且沿着所述轴向方向被布置成多级；外鼓，所述外鼓至少部分地定位在所述多个转子叶片的径向外侧，并且能够与所述多个转子叶片一起旋转；和壳体，所述壳体在所述外鼓上延伸，并且与所述外鼓一起限定多个气腔，所述多个气腔沿着所述轴向方向串联气流连通地布置。
2.根据任何前述条项的燃气涡轮发动机，其中每个气腔限定在所述燃气涡轮发动机的操作期间比紧接上游气腔的压力小的压力。
3.根据任何前述条项的燃气涡轮发动机，其中所述压缩机和所述涡轮一起至少部分地限定核心气流路径，并且其中所述多个气腔中的一个或多个气腔通过所述外鼓与所述核心气流路径气流连通。
4.根据任何前述条项的燃气涡轮发动机，其中所述压缩机和所述涡轮一起至少部分地限定核心气流路径，并且其中所述多个气腔中的每个气腔通过所述外鼓与所述核心气流路径气流连通。
5.根据任何前述条项的燃气涡轮发动机，其中所述多个气腔中的每个气腔限定在所述燃气涡轮发动机在操作条件下的操作期间的腔压力，并且其中所述多个气腔中的每个气腔在限定所述燃气涡轮发动机在所述操作条件下的操作期间的流动路径压力的位置处与所述核心气流路径气流连通，所述流动路径压力小于相应的所述气腔的最大腔压力。
6.根据任何前述条项的燃气涡轮发动机，其中所述外鼓和所述壳体一起形成多个气流密封件，其中所述多个气流密封件中的每个气流密封件定位在所述多个气腔中的相邻气腔之间。
7.根据任何前述条项的燃气涡轮发动机，其中每个气流密封件包括多个迷宫式密封件和对应的密封带，所述多个迷宫式密封件联接至所述外鼓或与所述外鼓一起形成，所述对应的密封带联接至所述壳体或与所述壳体一起形成。
8.根据任何前述条项的燃气涡轮发动机，其中所述多个气流密封件中的每个气流密封件限定大于1:1且小于4:1的压力比。
9.根据任何前述条项的燃气涡轮发动机，其中所述多个转子叶片定位在所述压缩机内，并且其中所述压缩机限定至少约2:1且多达约20:1的压缩机压力比。
10.根据任何前述条项的燃气涡轮发动机，其中所述压缩机和所述涡轮一起至少部分地限定核心气流路径，其中所述多个气腔中的每个气腔通过所述外鼓与所述核心气流路径气流连通，其中每个气腔限定从所述气腔通过所述多个气流密封件中的气流密封件的第一气流泄漏，其中每个气腔进一步限定从所述气腔通过所述外鼓到所述核心气流路径的第二气流泄漏，其中每个腔进一步限定在所述燃气涡轮发动机的操作期间，所述第一气流泄漏与所述第二气流泄漏的比率在约10:90与90:10之间。
11.根据任何前述条项的燃气涡轮发动机，其中所述多个转子叶片定位在所述压缩机内，其中所述多个气腔包括最上游气腔，并且其中所述最上游气腔与所述压缩机气流连通，用于接收压缩机排出压力气流。
12.根据任何前述条项的燃气涡轮发动机，进一步包括：热交换器，所述热交换器与所述最上游气腔、所述压缩机排出压力气流或两者热连通，用于降低所述最上游气腔内或至所述最上游气腔的气流的温度。
13.根据任何前述条项的燃气涡轮发动机，其中所述多个转子叶片沿着所述轴向方向被布置成至少两级转子叶片，并且其中所述多个气腔包括至少两个气腔。
14.根据任何前述条项的燃气涡轮发动机，进一步包括：放气组件，所述放气组件与所述多个气腔中的气腔气流连通，用于接收来自所述气腔的放气气流。
15.根据任何前述条项的燃气涡轮发动机，其中所述多个转子叶片是多个第一速度转子叶片，并且其中所述燃气涡轮发动机进一步包括：多个第二速度转子叶片，并且其中所述多个第一速度转子叶片与所述多个第二速度转子叶片交替地间隔开。
16.根据任何前述条项的燃气涡轮发动机，其中所述多个转子叶片限定径向外端，并且其中所述多级中的每级的所述多个转子叶片在其相应的径向外端处联接。
17.根据任何前述条项的燃气涡轮发动机，其中所述多个转子叶片定位在所述涡轮内，其中所述多个气腔包括最上游气腔，并且其中所述燃气涡轮发动机包括与所述最上游气腔和所述压缩机气流连通的放气回路，并且其中所述放气回路包括单向阀。
18.一种用于燃气涡轮发动机的气流管理组件，所述燃气涡轮发动机包括压缩机、涡轮和多个转子叶片，所述多个转子叶片定位在所述压缩机或所述涡轮中并且被布置成多级，所述燃气涡轮发动机进一步限定轴向方向、径向方向和周向方向，所述气流管理组件包括：外鼓，所述外鼓被构造成绕着所述多个转子叶片定位并且能够与所述多个转子叶片一起旋转；和壳体，所述壳体在所述外鼓上延伸并且与所述外鼓一起限定多个气腔，所述多个气腔沿着所述轴向方向串联气流连通地布置。
19.根据任何前述条项的气流管理组件，其中所述鼓限定多个开口，其中每个开口与所述多个气腔中的一个气腔气流连通。
20.根据任何前述条项的气流管理组件，其中所述外鼓和所述壳体一起形成多个气流密封件，其中所述多个气流密封件中的每个气流密封件定位在所述多个气腔中的相邻气腔之间。

Claims (10)

1.一种燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机限定轴向方向、径向方向和周向方向，其特征在于，所述燃气涡轮发动机包括：
压缩机和涡轮；
多个转子叶片，所述多个转子叶片定位在所述压缩机或所述涡轮中，并且沿着所述轴向方向被布置成多级；
外鼓，所述外鼓至少部分地定位在所述多个转子叶片的径向外侧，并且能够与所述多个转子叶片一起旋转；和
壳体，所述壳体在所述外鼓上延伸，并且与所述外鼓一起限定多个气腔，所述多个气腔沿着所述轴向方向串联气流连通地布置。
2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中每个气腔限定在所述燃气涡轮发动机的操作期间比紧接上游气腔的压力小的压力。
3.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述压缩机和所述涡轮一起至少部分地限定核心气流路径，并且其中所述多个气腔中的一个或多个气腔通过所述外鼓与所述核心气流路径气流连通。
4.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述压缩机和所述涡轮一起至少部分地限定核心气流路径，并且其中所述多个气腔中的每个气腔通过所述外鼓与所述核心气流路径气流连通。
5.根据权利要求4所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述多个气腔中的每个气腔限定在所述燃气涡轮发动机在操作条件下的操作期间的腔压力，并且其中所述多个气腔中的每个气腔在限定所述燃气涡轮发动机在所述操作条件下的操作期间的流动路径压力的位置处与所述核心气流路径气流连通，所述流动路径压力小于相应的所述气腔的最大腔压力。
6.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述外鼓和所述壳体一起形成多个气流密封件，其中所述多个气流密封件中的每个气流密封件定位在所述多个气腔中的相邻气腔之间。
7.根据权利要求6所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中每个气流密封件包括多个迷宫式密封件和对应的密封带，所述多个迷宫式密封件联接至所述外鼓或与所述外鼓一起形成，所述对应的密封带联接至所述壳体或与所述壳体一起形成。
8.根据权利要求6所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述多个气流密封件中的每个气流密封件限定大于1:1且小于4:1的压力比。
9.根据权利要求8所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述多个转子叶片定位在所述压缩机内，并且其中所述压缩机限定至少约2:1且多达约20:1的压缩机压力比。
10.根据权利要求6所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述压缩机和所述涡轮一起至少部分地限定核心气流路径，其中所述多个气腔中的每个气腔通过所述外鼓与所述核心气流路径气流连通，其中每个气腔限定从所述气腔通过所述多个气流密封件中的气流密封件的第一气流泄漏，其中每个气腔进一步限定从所述气腔通过所述外鼓到所述核心气流路径的第二气流泄漏，其中每个腔进一步限定在所述燃气涡轮发动机的操作期间，所述第一气流泄漏与所述第二气流泄漏的比率在约10:90与90:10之间。
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